Lampe à LED interactive - Structure de tenségrité + Arduino : 5 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Cette pièce est une lampe sensible au mouvement. Conçue comme une sculpture à tenségrité minimale, la lampe change sa configuration de couleurs en réponse à l'orientation et aux mouvements de l'ensemble de la structure. En d'autres termes, selon son orientation, la lampe passe à une certaine couleur, luminosité et mode de lumière.

Lorsque l'icosaèdre tourne (sur son propre axe), il sélectionne une valeur dans un sélecteur de couleurs sphérique virtuel. Ce sélecteur de couleurs n'est pas visible, mais les ajustements de couleur se produisent en temps réel. Ainsi, vous pouvez déterminer où chaque couleur est positionnée dans l'espace, pendant que vous jouez avec la pièce.

La forme icosaédrique fournit 20 plans de face et la structure de tenségrité lui donne 6 points de vue supplémentaires. Cela fournit un total de 26 couleurs possibles lorsque la lampe repose sur une surface plane. Ce nombre augmente lorsque vous allumez la lampe en l'air.

Le système est contrôlé par un Pro Trinket connecté à un accéléromètre à trois axes. La lumière est fournie par des bandes LED RGBW, qui peuvent contrôler individuellement la valeur de la couleur et de la luminosité du blanc. L'ensemble du circuit, y compris le microprocesseur, les capteurs et le système d'éclairage, fonctionne à 5v. Pour alimenter le système, une source jusqu'à 10A est nécessaire.

Une liste des principaux éléments utilisés dans la lampe sont les suivantes:

- Bibelot Adafruit Pro - 5V

- Accéléromètre à trois axes Adafruit LIS3DH

- Bande LED Adafruit NeoPixel Digital RGBW - PCB blanc 60 LED/m

- Alimentation à découpage 5V 10A

Cette lampe sensible au mouvement est la première version ou prototype d'un projet personnel plus long. Ce prototype a été fabriqué à partir de matériaux recyclés. Tout au long des processus de conception et de construction, j'ai appris des réussites et des erreurs. Dans cet esprit, je travaille maintenant sur la prochaine version qui aura une structure plus intelligente et un logiciel robuste.

Je tiens à remercier la communauté LACUNA LAB pour son aide, ses idées et ses suggestions tout au long du développement du projet.

vous pouvez suivre mon travail sur:action-io / tumblraction-script / github

Étape 1: L'idée

Ce projet était le résultat de plusieurs idées avec lesquelles j'avais joué dans ma tête pendant un certain temps.

Depuis que j'ai commencé, le concept a changé, le projet initial a évolué et a pris forme.

L'approche initiale était un intérêt pour les formes géométriques comme moyen d'interaction. De par sa conception, les multiples faces polygonales de cette lampe servent de méthode de saisie.

La première idée était d'utiliser un système dynamique pour forcer l'icosaèdre à se déplacer. Cela aurait pu être contrôlé par une application interactive ou par des utilisateurs de médias sociaux.

Une autre possibilité aurait été de faire en sorte qu'une bille ou une boule interne appuie sur différents boutons ou capteurs et génère ainsi des entrées aléatoires lorsque la pièce se déplace.

La structure de tenségrité s'est produite plus tard.

Cette méthode de construction m'a fasciné: la manière dont les parties de la structure se maintiennent en équilibre. C'est très agréable visuellement. La structure entière est auto-équilibrée; les pièces ne se touchent pas directement. C'est la somme de toutes les tensions qui crée la pièce; c'est fantastique!

Comme la conception initiale a changé; le projet avance.

Étape 2: la structure

Comme je l'ai mentionné précédemment, ce premier modèle a été fabriqué à partir de matériaux recyclés destinés à être jetés.

Les planches de bois que j'ai prises sur un lit à lattes que j'ai trouvé dans la rue. Les garnitures dorées faisaient partie du bras d'une vieille lampe et les bouchons des élastiques sont des clips de bureau.

Quoi qu'il en soit, la construction de la structure est assez simple et les étapes sont les mêmes que dans n'importe quel tensegriry.

Ce que j'ai fait avec les planches, c'est de les réunir, par groupes de deux. Faire un "sandwich" avec les entretoises dorées, en laissant un espace où les lumières brilleraient.

Les dimensions du projet sont totalement variables et dépendront de la taille de la structure que vous souhaitez réaliser. Les barres de bois des photos de ce projet mesurent 38 cm de long et 38 mm de large. La séparation entre les planches est de 13 mm.

Les planches de bois ont été découpées à l'identique, poncées (pour enlever l'ancienne couche de peinture) et ensuite perforées aux deux extrémités.

Ensuite, j'ai teint les planches avec du vernis foncé rustique. Pour assembler les pièces j'ai utilisé une tige filetée de 5 mm, coupée en tronçons de 5 cm et 5 mm avec un nœud de chaque côté.

Les tendeurs sont des élastiques rouges. Pour attacher le caoutchouc aux barres, j'ai fait un petit trou à travers lequel j'ai passé la bande puis l'ai piégé avec un bouchon. Cela empêche les planches de bouger librement et la structure à démonter déplacée.

Étape 3: Électronique et lumières

La configuration des composants électroniques a été conçue pour maintenir la même tension, à la fois logique et d'alimentation dans tout le système en utilisant 5v.

Le système est contrôlé par un Pro Trinket connecté à un accéléromètre à trois axes. La lumière est fournie par des bandes LED RGBW, qui peuvent contrôler les couleurs et les valeurs de luminosité du blanc individuellement. L'ensemble du circuit, y compris le microprocesseur, les capteurs et le système d'éclairage, fonctionne à 5v. Pour alimenter le système, une source jusqu'à 10A est nécessaire.

Le Pro Trinket 5V utilise la puce Atmega328P, qui est la même puce de base dans l'Arduino UNO. Il a aussi presque les mêmes broches. Il est donc très utile lorsque vous souhaitez amener votre projet UNO dans des espaces miniaturisés.

LIS3DH est un capteur polyvalent, il peut être reconfiguré pour lire en +-2g/4g/8g/16g et apporte également Tap, Double-Tap, orientation et détection de chute libre.

La bande LED NeoPixel RGBW peut gérer séparément la couleur de la teinte et l'intensité du blanc. Avec une LED blanche dédiée, vous n'avez pas besoin de saturer toutes les couleurs pour avoir une lumière blanche, cela vous rend également le blanc plus pur et lumineux et en plus cela économise de l'énergie.

Pour le câblage et pour connecter les composants entre eux, j'ai décidé de passer du câble et de créer des prises avec des broches mâles et femelles à l'aide de sertissages et de boîtiers de connecteurs.

J'ai connecté le bibelot à l'accéléromètre pour lancer le SPI avec la configuration par défaut. Cela signifie connecter Vin à l'alimentation de 5V. Connectez GND à la masse commune d'alimentation/de données. Connectez la broche SCL (SCK) à Digital #13. Connectez la broche SDO à Digital #12. Connectez la broche SDA (SDI) au Digital #11. Connectez la broche CS Digital #10.

La bande led est contrôlée par une seule broche, qui va à #6 et la masse et 5v va directement à l'adaptateur d'alimentation.

Vous trouverez toute la documentation dont vous pourriez avoir besoin, plus détaillée et mieux expliquée sur la page adafruit.

L'alimentation est connectée à un adaptateur DC femelle qui alimente simultanément le microcontrôleur et la bande LED. Il dispose également d'un condensateur pour protéger le circuit du courant instable au moment de la "mise en marche".

La lampe a 6 barres lumineuses, mais les bandes LED viennent dans une seule longue bande. La bande LED a été découpée en tronçons de 30cm (18 LEDS) puis soudée avec 3 broches mâle et femelle pour se connecter au reste du circuit de manière modulaire.

Pour ce projet, j'utilise une alimentation 5v - 10A. Mais en fonction du nombre de leds dont vous avez besoin, vous devrez calculer le courant nécessaire pour alimenter le système.

Tout au long de la documentation de la pièce, vous pouvez voir que la LED a 80mA tiré par LED. J'utilise 108 LED au total.

Étape 4: le code

Le schéma fonctionne est assez simple. Un accéléromètre fournit des informations de mouvement sur les axes x, y, z. En fonction de l'orientation, les valeurs RVB des LED sont mises à jour.

Le travail se décompose en les phases suivantes.

• Faites une lecture à partir du capteur. Utilisez simplement l'API.
• Par trigonométrie, résolvez les valeurs de "roulis et tangage". Vous pouvez trouver beaucoup plus d'informations dans ce document de Mark Pedley.
• Obtenir la couleur correspondante, liée aux valeurs de rotation. Pour cela on se tourne vers la valeur 0-360 RVB à l'aide d'une fonction de conversion HSL - RVB. La valeur du pitch est utilisée à différentes échelles pour réguler l'intensité de la lumière blanche et la saturation des couleurs. Les hémisphères opposés de la sphère du sélecteur de couleurs sont complètement blancs.
• Mettez à jour le tampon de lumières qui stocke les informations des couleurs de LED individuelles. En fonction de ces informations, le contrôleur de tampon créera une animation ou répondra avec des couleurs complémentaires.
• Enfin, affichez les couleurs et rafraîchissez les LED.

Au départ, l'idée était de créer une sphère de couleur où vous pouviez choisir n'importe quelle couleur. Placer la roue chromatique sur le méridien et vers le pôle les tons sombres et clairs.

Mais rapidement, l'idée a été rejetée. Étant donné que les LED créent des tons différents, s'éteignent et s'allument rapidement pour chaque LED RVB, lorsqu'on leur donne des valeurs faibles pour représenter les couleurs sombres, les LED donnent de très mauvaises performances et vous pouvez voir comment elles commencent à clignoter. Cela rend l'hémisphère sombre de la sphère de couleur ne peut pas fonctionner correctement.

Ensuite, j'ai l'idée d'attribuer des couleurs complémentaires au ton actuellement sélectionné.

Ainsi, un hémisphère choisit une valeur de couleur monochromatique d'une roue à partir de 50% d'éclairage 90 ~ 100% de saturation. Pendant ce temps, de l'autre côté, choisit un dégradé de couleur à partir de la même position de couleur mais ajoute, de l'autre côté du dégradé, sa couleur complémentaire.

La lecture des données du capteur est brute. Un filtre peut être appliqué pour lisser le bruit et les vibrations de la lampe elle-même. Pour le moment, je le trouve intéressant car il a l'air plus analogique, réagit à n'importe quel toucher et met une seconde à se stabiliser complètement.

Je travaille toujours sur le code, j'ajoute de nouvelles fonctionnalités et j'optimise les animations.

Vous pouvez vérifier les dernières versions du code sur mon compte github.

Étape 5: Conclusion

L'assemblage final est assez simple. Collez le couvercle en silicone des bandes LED avec deux Adhésif Epoxy Composant dans les barres et connectez les 6 parties en série l'une derrière l'autre.

Fixez un point où vous souhaitez ancrer les composants et vissez l'accéléromètre et le bibelot pro au bois. J'ai utilisé des entretoises en plastique pour protéger le bas des broches. L'adaptateur d'alimentation est correctement fixé entre l'espace des barres avec plus d'adhésif époxy époxy. A été conçu pour s'adapter et l'empêche de bouger lorsque la lampe tourne.

Observations et améliorations

Tout au long du développement du projet ont émergé de nouvelles idées sur les moyens de résoudre les problèmes. J'ai également réalisé quelques défauts de conception ou des pièces qui peuvent être améliorées.

La prochaine étape que j'aimerais franchir, c'est une amélioration de la qualité du produit et de la finition; principalement dans la structure. Je viens avec de bonnes idées sur de meilleures structures encore plus simples, incorporant des tenseurs dans le cadre de la conception et masquant les composants. Cette structure nécessitera des outils plus puissants comme des imprimantes 3D et des découpeuses laser.

J'ai encore en attente le moyen de cacher le câblage le long de la structure. Et travailler dans une consommation d'énergie plus efficace; pour réduire les dépenses lorsque la lampe fonctionne longtemps et ne modifie pas l'éclairage.

Merci d'avoir lu l'article et de votre intérêt pour mon travail. J'espère que vous avez appris de ce projet autant que moi.